Formik Asit'ten Ultra-yüksek Saflıkta H2(G) Üretimi için Mevcut Homojen Katalitik Teknolojilere Yeni Bir Alternatif: Mnox Nanoparçacık Destekli, Yüksek Karbon Monoksit (Co) Dirençli, Pd-temelli Nanokümeler

Abstract

Formik Asit'ten Ultra-Yüksek Saflıkta H2(g) Üretimi için Mevcut Homojen Katalitik Teknolojilere Yeni Bir Alternatif: MnOx Nanoparçacık Destekli, Yüksek Karbon Monoksit (CO) Dirençli, Pd-Temelli Nanokümeler Hidrojen enerjisi teknolojileri, küresel enerji problemine sürdürülebilir ve çevre dostu çözümler vadeden alternatif yaklaşımlar olarak görülmektedir. Hidrojen enerji süreçlerinin uygulanabilirliğinin önüne geçen en büyük engel; güvenli ve verimli hidrojen depolama sistemlerinin eksikliğidir. Bu anlamda, hidrojenin kimyasal olarak uygun taşıyıcılarda depolanması, yüksek basınçlı fiziksel depolama yöntemine göre daha güvenlidir. Formik asit (FA), düşük moleküler ağırlığı (46 g/mol), yüksek hidrojen yoğunluğu (kütlece %4.4) ve uygun fiziksel/kimyasal özellikleri sebebiyle, hidrojen taşıyıcısı olarak yüksek bir potansiyele sahiptir. Yapısal kararlılığının yanında, zehirli veya yanıcı olmaması, FA’i alternatif bir kimyasal taşıyıcı olarak çok daha öne çıkartmaktadır. FA’den hidrojen üretimi için heterojen katalizörlerin kullanımı, homojen katalizörlerin kullanıldığı konvansiyonel sistemlerdeki, katalizör izolasyonu ve geri kazanımına dair teknik zorluklar ve ek maliyetleri ortadan kaldırma olasılığını taşımaktadır. FA katalik olarak dehidrojenlenme ve dehidrasyon tepkimeleri ile parçalanabilir. FA’nın seçici dehidrojenlenme tepkimesi, alternatif bir tepkime olan ve parallel olarak gerçekleşen, dehidrasyon tepkimesi sonucu oluşan CO (g)’nun aktif noktaları zehirlemesi sebebiyle baskılanabilmektedir. Dehidrasyon yoluyla oluşan CO (g), değerli metal üzerine yapışarak aktif alanları kolayca bloke edebilmektedir. Dolayısıyla, CO’ya dayanıklı, seçici, katalitik olarak aktif ve tekrar kullanılabilir, uzun ömürlü heterojen bir katalizörün sentezi büyük önem taşımaktadır. Bu güncel çalışmada, katkı maddesine ihtiyaç duymadan, ılımlı koşullarda, FA’ten, H2 (g) üreten, CO zehirlenme direnci yüksek, yeni bir heterojen katalizör sunulmuştur. Bu yeni malzeme, üç-metalli aktif noktların, amin grupları ile işlevselleştirilmiş MnOx ile katkılandırılması ve SiO2 taban malzemesi üzerine dağıtılmasıyla elde edilmiştir. Bu özgün üç-metalli FA dehidrojenleme katalizörünün sentezi ve karakterizasyonu; tek metalli, iki metalli ve hiç metal içermeyen türevleriyle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Üç metalli katalizörün incelenen diğer tüm katalizörlere kıyasla, daha üstün aktivite gösterdiği saptanmıştır. Yüksek verilmlilik ile çalışan bu katalizörün yapısal ve katalitik özellikleri, ICP-OES ile ölçülen, farklı miktarlarda metal yüklemeleri yapılarak incelenmiştir. Sentezlenen malzemelerin yapısal karaterizasyonu, Raman spektroskopisi, XRD, BET, TEM, HRTEM, STEM ve STEM/EDX, HAADF/STEM teknikleriyle incelenmiştir. İşlevsel karaterizasyon deneylerinde, tepkimeye girenlerin ve ürünlerin katalizör yüzeyi ile etkileşimi, in-situ FTIR tekniği ile çalışılmıştır. Adsorblanan türler, ürünler ve katalitik inhbitörler, hidrojen izotopu olan döteryum (D) ile etiketlenmiş, HCOOD, DCOOH ve DCOOD kullanılarak, in-situ FTIR tekniğiyle, ayrıntılı şekilde incelenmiştir.